CN107826168B - 用于求取机动车的位置的测距方法、控制设备和机动车 - Google Patents

Abstract

用于求取机动车的位置的测距方法、控制设备和机动车。本发明涉及用于求取机动车（10）的位置（16）的方法，其中从至少一个车轮（24）的相应的车轮传感器（23）接收相应旋转位姿信号（25），并从转向装置（27）的转向角传感器（23）接收转向角信号（26），并根据转向角信号（26）、相应的旋转位姿信号（25）和至少一个车轮（24）的几何结构数据（28）求取基于车轮的位置估计（30）。本发明规定，根据至少一个环境传感器（10）的相应的传感器信号（19）探测所述机动车(10)关于布置在环境（11）中的至少一个对象（12）的相对位置（33），并且在机动车（10）运动期间求取关于至少一个对象（12）的相应的相对位置改变，并且根据相应的相对位置改变求取基于环境的位置估计（32），并且从基于车轮和基于环境的位置估计（32）求取所述位置（16）的组合位置估计（15）。

Description

用于求取机动车的位置的测距方法、控制设备和机动车

技术领域

本发明涉及用于求取（Ermitteln）机动车的位置的方法。所述位置有时在所谓的车轮测距（Radodometrie）的基础上被估计。用于执行根据本发明的方法的控制设备也属于本发明。最后，本发明也包括具有根据本发明的控制设备的机动车。

背景技术

驾驶员辅助功能、诸如停车转向辅助可能具有漂移（Drift），所述漂移可能在使用车轮测距时出现，因为所述车轮测距依赖于车轮传感装置、也即车轮的旋转位姿传感器(Drehlagesensoren)。漂移指的是：尽管机动车根据车轮测距并因此从驾驶员辅助功能的视线笔直行驶，但机动车例如行驶弯道。对此原因是，车轮的几何结构数据并非总描述实际车轮周长，因为所述车轮周长例如可能由于轮胎的损耗或磨损改变。

由DE 10 2012 107 885 A1已知车轮测距的另一应用领域。因此，借助于摄像机求取车道的轮辙走向并且将所述轮辙走向记入到数字环境地图中。然后借助机动车的测距数据在环境地图中求取机动车关于车道边缘的位置。在这里也需要的是，机动车的测距并不具有前述漂移，因为否则机动车可能偏离车道轨迹。

由DE 10 2011 014 699 B4已知用于识别在机动车的环境中的对象的方法，在所述方法情况下，在所谓的运动立体（Motion-Stereo）方法的基础上求取对象与机动车的间隔。在此情况下需要求取行驶路段，机动车在两个摄像机图像的记录时间点之间开过了所述行驶路段。这可以在测距数据的基础上进行。在此情况下，对于正确的间隔估计也需要根据机动车的测距数据准确地求取图像的记录地点。这里漂移也可能会导致记录地点的错误估计。

由WO 2014/094766 A1已知用于在车道上定位光滑点的方法。为了可以在摄像机图像中规定所测量的摩擦系数的地点，测距信息和时间信息被考虑。这也要求相应准确的测距。

发明内容

本发明所基于的任务是，求取机动车在环境中的位置。

通过根据本发明的方法、根据本发明的控制设备和根据本发明的机动车来解决所述任务。通过下面的描述以及附图描述本发明的有利的改进方案。

通过本发明提供一种用于求取机动车的位置的方法。所述位置在此情况下描述机动车在环境中的地点。所述位置例如可以通过坐标被定义。在机动车运动期间，从机动车的至少一个车轮的相应的车轮传感器接收与车轮的旋转位姿（Drehlage）有关的相应的旋转位姿信号。此外，从机动车的转向装置的转向角传感器接收转向角信号。因此检测：所述至少一个车轮旋转多远和机动车在此期间具有哪个转向角。根据转向角信号、相应的旋转位姿信号并根据所述至少一个车轮的几何结构数据，在本身已知的、预先给定的车轮测距的基础上求取机动车的基于车轮的位置估计。所述车轮测距可以从现有技术中获悉。因此根据所述至少一个车轮的旋转位姿的改变和在此情况下所驶入的转向角求取：机动车已经滚动到哪里。这得出基于车轮的位置估计。所述位置估计可以关系恰当地（in Relation）被表达或者被表达为机动车关于初始位置或上一个、先前的位置估计的位置改变，因此被表达为坐标改变或位置改变。由此，绝对位置于是可以被导出。

这种车轮测距可以得出前述漂移。为了较准确地估计机动车的位置，根据本发明的方法因此规定，根据机动车的至少一个环境传感器的相应的传感器信号来探测或检测机动车关于布置在环境中的至少一个对象的相应的相对位置。因此求取机动车关于在所述机动车的环境中的至少一个对象的相对位置。在机动车的前述运动期间求取关于至少一个对象的相应的相对位置改变。因此，不同于在基于车轮的位置估计的情况下，不仅在机动车之内注意所述至少一个车轮的旋转或位姿改变，而且也求取关于至少一个车辆外部的对象的相对位置改变。于是根据关于至少一个对象的相应的相对位置改变求取基于环境的位置估计作为另外的位置估计。因此现在存在基于车轮的位置估计（车轮测距）和基于环境的位置估计（相对位置的改变）。在所述方法的情况下，从基于车轮的位置估计和基于环境的位置估计中求取对机动车的位置的组合位置估计。如果例如不仅基于车轮的位置估计而且基于环境的位置估计分别说明用于描述机动车的位置的坐标，那么组合位置估计例如可以被构成为所述两个位置估计的平均值。

因此通过本发明得出以下优点：除了车轮测距外，在测量关于在机动车的环境中的至少一个对象的相应的相对位置的基础上使用与至少一个车轮的几何结构数据无关的测距，以便估计机动车的位置。因此如果在至少一个车轮的几何结构数据中关于真正的或实际的几何结构数据或几何结构值存在误差或偏差，那么这可以通过探测关于机动车的环境中的至少一个对象的位置改变被补偿。

为了探测至少一个相对位置，例如超声波传感器和/或雷达传感器可以作为适当的环境传感器被使用。优选地规定：至少一个环境传感器包括摄像机。换句话说，视觉测距被使用用于支持车轮测距。在可以由摄像机产生的图像序列的、相继的单个图像中，可以分别探测至少一个图像特征并且求取其在单个图像中的相应图像位置。图像特征例如可以是棱边或有色面或纹理，或者也可以是描述对象的形状或者是所述单个特征的组合。用于探测和追踪图像特征的算法在现有技术中例如在关键词“机器视觉（maschinelles Sehen）”下可以被使用。根据在相继的单个图像中的至少一个图像特征的相应图像位置的改变求取机动车的在单个图像的记录时间点之间得出的运动。换句话说，当机动车自己实施运动、也即滚动或行驶并且摄像机被固定地布置在机动车处时，图像序列示出至少一个对象相对于机动车的相对运动。由此可以通过追踪或求取至少一个图像特征的图像位置的改变来求取：机动车必须已经实施何种运动。通过检验多个对象本身在单个图像中是否相对彼此运动，可以分辨静止的对象和运动的对象。

如已经实施，基于车轮的位置估计和基于环境的位置估计可以通过平均值的构成被组合。本发明的一种改进方案规定，基于车轮的位置估计和基于环境的位置估计借助卡尔曼滤波器或信息过滤器被组合成组合位置估计。换句话说，两个来源针对估计借助卡尔曼滤波器或信息过滤器被组合。由此得出以下优点，基于环境的位置估计和基于车轮的位置估计的相应的方差可以被考虑，并且由此分别较可靠的、或较小变化的、或较小可变的位置估计以更大比例被接受或考虑用于求取组合位置估计。

为了获得对相应的位置估计的可靠性的还要更准确的估算，优选地规定，借助至少一个环境传感器、尤其借助摄像机，除了基于环境的位置估计之外也求取机动车的当前空间位姿的位姿估计。在这里，空间位姿与所述位置如下区别，使得机动车也在保持其位置（例如坐标X、Y和Z）、也即其停留地点的情况下，还是可以改变其空间位姿，其方式是例如倾斜或旋转。因此，借助至少一个环境传感器总体上求取6D运动（6维运动），也即地点（坐标，例如X、Y、Z）和机动车的空间角位置（Winkellage）、也就是空间取向（例如作为方向矢量）。

因此例如可以规定，在位姿估计的基础上识别经过凹凸处的行驶，所述凹凸处仅作用于机动车的一个车轮或两个车轮。例如经过路边石或通过凹坑的行驶可以被识别，在所述情况下机动车的部分倾斜。在此情况下在路边石之上滚动或滚动通过凹坑的相应的车轮实施比经过平坦面的滚动的情况下更大的旋转运动。因此，所述车轮的旋转位姿信号表明比其滚动经过平坦面时可能得出的值更大的值。这现在可以在考虑机动车的当前空间位姿的情况下，在组合位置估计中被考虑或补偿。附加或替代于此，机动车的滑动可以在位姿估计的基础上被识别，而所述滑动保持为未由基于车轮的位置估计识别。在滑动情况下，机动车的车轮并不旋转或者仅比机动车在滚动情况下可能要求的实际运动更少地旋转。因此车轮从路边石的滑脱和/或使在薄冰上的旋转例如可以在位姿估计的基础上被识别。相应地，所述滑动可以在求取组合位置估计的情况下被考虑。

借助于位姿估计可以扩展从机动车的组合位置估计出发的轨迹规划和/或运动预测，其方式为，考虑在当前位置中由机动车占据的位姿。因此如果经过凹凸处的行驶和机动车的由此得出的倾斜位姿被考虑，那么这可以被使用用于运动预测。如果滑动被识别，那么所述滑动可以被使用用于例如修正轨迹规划和/或运动预测。

通过现在提供两个位置估计，也可以求取在基于车轮的位置估计和基于环境的位置估计之间的区别。本发明的一种实施方式规定，车轮测距根据所求取的区别被校准。由此可以在基于车轮的位置估计的情况下防止或减少通过车轮测距所造成的漂移。

因此尤其规定，前述几何结构数据被校准，也就是说尤其涉及至少一个车轮的轮胎周长的相应的几何结构数据和/或涉及转向装置的转向传动比的几何结构数据被校准。因此通过校准总体上减少在基于车轮的位置估计和基于环境的位置估计之间的区别。如果至少一个车轮的轮胎周长和/或转向装置的转向传动比例如可能由于构件的替换或磨损改变，则通过借助校准来减少区别被考虑。因此，不同的轮胎周长可以被补偿。车轮滑转也可以被补偿，所述车轮滑转由至少一个车轮的相应的轮胎的弹性引起。

如已经实施，组合位置估计同样地可以被使用用于提供驾驶员辅助功能。相应地尤其规定，在组合位置估计的基础上执行停车转向辅助和/或挂车调车辅助。优选地，组合位置估计在小于20km/h的行驶速度情况下被使用。这里，借助于至少一个环境传感器、尤其借助于视觉测距的基于环境的估计是特别有利的，因为所述基于环境的估计尤其使机动车的准确位置改变能够识别。

为了执行所述方法，通过本发明提供用于机动车的控制设备。所述控制设备例如可以被设计为机动车的控制设备。所述控制设备具有处理器装置，所述处理器装置被设立用于执行根据本发明的方法的实施方式。为此，处理器装置可以具有至少一个微控制器和/或至少一个微处理器。此外，在处理器装置中可以提供程序代码，所述程序代码被设立用于，在通过处理器装置实施时执行根据本发明的方法的实施方式。

通过在机动车中提供根据本发明的控制设备得出根据本发明的机动车。根据本发明的机动车可以被设计为汽车、尤其载客汽车或载重汽车。

附图说明

以下描述本发明的一种实施例。为此，唯一的附图（图）示出根据本发明的机动车的一种实施方式的示意图。

具体实施方式

以下所阐述的实施例是本发明一种优选的实施方式。在所述实施例的情况下，所述实施方式的所描述的组件分别表示本发明的各个、要彼此无关地观察的特征，所述特征分别也彼此无关地改进本发明并且因此也可以单独地或者以不同于所示出的组合形式被看作本发明的组成部分。此外，所描述的实施方式也能够通过本发明的已经描述的特征中的其他特征被补充。

该图示出机动车10，至少一个对象12（示例性地示出两个对象12）可以位于所述机动车10的环境11中。机动车10可以是汽车、尤其载客汽车或载重汽车。为了仅列举示例用于图解，对象12例如可以是路边石或路灯或路牌或树木或其他机动车。在机动车10中，驾驶员辅助系统13可以提供至少一个驾驶员辅助功能14。

例如，机动车可以由驾驶员辅助系统13通过作为驾驶员辅助功能14的停车转向辅助被开到停车场中，其中所述驾驶员辅助系统13可以在无驾驶员的协助的情况下执行机动车10的横向引导。驾驶员辅助功能14也可以是挂车调车辅助，其中机动车10在无驾驶员的协助的情况下在向后行驶时利用挂车（未示出）执行机动车10的纵向引导和/或横向引导。相应的驾驶员辅助系统13本身是由现有技术已知的。

驾驶员辅助系统13为了执行或提供驾驶员辅助功能14需要对机动车10的当前位置16的位置估计15。位置16示例性地在这里象征性地被代表为在机动车10的前部内的十字线。位置估计15是对位置16的组合位置估计15，所述组合位置估计15可以由机动车10的控制设备17提供。控制设备17可以在此情况下将车轮测距18与机动车10的至少一个环境传感器20的相应的传感器信号19组合。至少一个环境传感器20例如可以包括摄像机21，借助所述摄像机产生具有对象12的环境11的图像序列22。摄像机21的传感器信号19例如可以描述图像序列22。

车轮测距18可以基于车辆传感装置23，所述车辆传感装置23例如可以为机动车10的相应的车轮24提供各一个旋转位姿信号25，所述旋转位姿信号25与相应的车轮24的旋转运动有关或在这种情况下改变。附加地，转向角信号26可以描述机动车10的转向装置27的相应的当前转向角。转向装置例如可以是具有转向传动机构、例如齿条转向传动机构的转向系统或电动液压的伺服转向装置。车轮测距18可以在车轮24的相应的旋转位姿信号25和转向角信号26的基础上并且在车轮24的几何结构数据28和转向装置27的转向传动比的基础上求取：机动车10相对于之前的初始位置29已经运动多远并且机动车10已经朝哪个方向运动，使得由此当前位置16可以作为基于车轮的位置估计30被提供给控制设备17。

在通过传感器信号19描述的图像序列22的基础上，例如可以通过控制设备17在用于机械外观的图像分析模块31的基础上产生基于环境的位置估计32。为此可以在图像序列22中分析对象12的运动。对象12可以根据图像特征、例如棱边和/或颜色和/或纹理在图像序列22的单个图像中被再次识别或追踪。

基于环境的位置估计32同样可以描述机动车10关于至少一个对象12相对于初始位置29的、相应的相对位置33的改变。因此在已知的或给定的初始位置29的情况下，同样地能够求取当前位置16。

于是在基于车轮的位置估计30和基于环境的位置估计32的基础上，可以通过控制设备17例如在求平均值或卡尔曼滤波器或信息过滤器的基础上求取或计算或产生组合位置估计15。

因此，通过对象12的视觉定位可以基于相对测位借助于自动化地提取在图像序列22的单个图像中的图像特征或地标来提高位置估计15与位置估计30相比的精度，其中通过所述相对测位得出相对位置33。

通过摄像机21的使用，此外通过来自视觉定位的6D位置的使用也可以使用轨迹规划或运动预测用于驾驶员辅助功能14。

必要时，对测距相关的参数（轮胎周长、转向传动比）的校准也可以被支持或适配。为此，在位置估计30和位置估计32之间的区别34可以相应地被求取。由此，校准数据35例如可以被产生，几何结构数据28可以在所述校准数据35的基础上被适配。

因此，在挂车调车辅助作为驾驶员辅助功能14的情况下在轨道模式（Trajektorienmodus）中，驾驶员辅助系统13跟随挂车的方向，使得在理想情况下得出到直线的行驶路段或行驶轨道的会聚。通过避免漂移（如其可能由车轮测距18的位置估计30造成），相应地也避免行驶轨道到圆弧的衰退。

在停车转向辅助作为驾驶员辅助功能14的情况下，可能引起关于在通过机动车10占据停车位置时的误差的测距误差。于是，这可能必须通过多步停入被修正。通过考虑6D位置（因此还有机动车10的空间位姿），在车轮测距18情况下的平面假设（Ebenen-Annahme）可以被补偿，例如也可以在驶过路边石或凹坑时，使基于车轮的位置估计30与实际位置16的、由此得出的偏差借助于基于环境的位置估计32被修正。

此外，可以在机动车行驶时通过将基于环境的位置估计32和基于车轮的位置估计30比较，也识别至少一个车轮24的车轮滑转。所述信息例如可以被使用用于在全自动驾驶员辅助功能14（所谓的驾驶式（pilotiertes）行驶）的情况下的速度适配或ASR调节（防滑转调节）。

所述示例总体示出，可以如何通过本发明组合和使用视觉的和车辆自身的测距用于其他驾驶员辅助系统。

附图标记列表

10 机动车

11 环境

12 对象

13 驾驶员辅助系统

14 驾驶员辅助功能

15 位置估计

16 位置

17 控制设备

18 车轮测距

19 传感器信号

20 环境传感器

21 摄像机

22 图像序列

23 车辆传感装置

24 车轮

25 旋转位姿信号

26 转向角信号

27 转向装置

28 几何结构数据

29 初始位置

30 位置估计

31 图像分析模块

32 位置估计

33 相对位置

34 区别

35 校准数据

Claims (10)

1.用于求取机动车（10）的位置（16）的方法，其中在所述机动车（10）运动期间，从至少一个车轮（24）的相应的车轮传感器接收与所述车轮（24）的旋转位姿有关的相应的旋转位姿信号（25），并且从转向装置（27）的转向角传感器接收转向角信号（26），并且根据所述转向角信号（26）、所述相应的旋转位姿信号（25）和所述至少一个车轮（24）的几何结构数据（28），在预先给定的车轮测距（18）的基础上求取所述机动车（10）的基于车轮的位置估计（30），其中根据所述机动车（10）的至少一个环境传感器（20）的相应的传感器信号（19）探测所述机动车(10)关于布置在所述机动车（10）的环境（11）中的至少一个对象（12）的相应的相对位置（33），并且在所述机动车（10）运动期间求取关于所述至少一个对象（12）的相应的相对位置改变，并且根据关于所述至少一个对象（12）的相应的相对位置改变求取基于环境的位置估计（32），并且从所述基于车轮的位置估计（30）和所述基于环境的位置估计（32）中求取所述机动车（10）的位置（16）的组合位置估计（15），

其特征在于，

所述基于车轮的位置估计（30）和所述基于环境的位置估计（32）之间的区别（34）被求取，并且测距相关的参数的校准根据所求取的所述区别（34）被适配。

2.按照权利要求1所述的方法，其中所述至少一个环境传感器（20）包括摄像机（21）并且在由所述摄像机（21）所产生的图像序列（22）的相继的单个图像中分别求取至少一个图像特征的相应的图像位置，并且根据所述至少一个图像特征的相应的图像位置的改变来求取所述机动车（10）的、在单个图像的记录时间点之间得出的运动。

3.按照上述权利要求之一所述的方法，其中所述基于车轮的位置估计（30）和所述基于环境的位置估计（32）借助卡尔曼滤波器或信息过滤器被组合成所述组合位置估计（15）。

4.按照权利要求1或2所述的方法，其中除了所述基于环境的位置估计（32）之外，所述机动车（10）的当前空间位姿的位姿估计也借助所述至少一个环境传感器（20）被求取。

5.按照权利要求4所述的方法，其中在所述位姿估计的基础上，经过凹凸处的行驶被识别，所述凹凸处仅作用于所述机动车（10）的一个车轮（24）或两个车轮（24），和/或滑动被识别，所述滑动保持未由所述基于车轮的位置估计（30）识别。

6.按照权利要求4所述的方法，其中对于从所述机动车（10）的所述组合位置估计（15）出发的轨迹规划和/或运动预测考虑在当前位置（16）中由所述机动车(10)所占据的位姿。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其中涉及所述至少一个车轮（24）的相应的轮胎周长和/或涉及所述转向装置的转向传动比的所述几何结构数据（28）被校准。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其中在所述组合位置估计（15）的基础上，停车转向辅助和/或挂车调车辅助在行驶速度小于20km/h的情况下被执行。

9.用于机动车（10）的控制设备（17），其中所述控制设备（17）具有处理器装置，所述处理器装置被设立用于执行按照上述权利要求之一所述的方法。

10.机动车（10），所述机动车（10）具有按照权利要求9所述的控制设备（17）。

Images